一、物理层基本概念
物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。
1·物理层接口特性
- 机械特性：定义物理连接的特性，规定物理连接时所采用的规格、接口形状、引线数目、引脚数量和排列情况
- 电气特性：规定传输二进制位时，线路上信号的电压范围、阻抗匹配、传输速率和距离限制等
- 功能特性：指明某条线上出现的某一电平表示何种意义，接口部件的信号线的用途
- 过程特性：定义各条物理线路的工作规程和时序关系
二、数据通信基础知识
- 数据：传送信息的实体，通常是有意义的符号序列
- 信号：数据的电气/电磁的表现，是数据在传输过程中的存在形式。
- 信源：产生和发送数据的源头
- 信宿：接收数据的终点
- 信道：信号的传输媒介。一般用来表示向某一个方向传送信息的介质，因此一条通信线路往往包含一条发送信道和一条接收信道。
三种通信方式
- 单工通信：只有一个方向的通信而没有反方向的交互，需要一条信道
- 半双工通信/双向交替通信：通信的双方都可以发送或接收信息，但任何一方都不能同时发送和接收，需要两条信道
- 全双工通信/双向同时通信：通信双方可以同时发送和接收信息，也需要两条信道。
二种数据传输方式
- 串行传输：将表示一个字符的8位二进制数按由低到高的顺序依次发送，速度慢，费用低
- 并行传输：将表示一个字符的8位二进制数同时通过8条信道发送，速度快，费用高，如同一个插线板上的不同部件，打印机和电脑的接口
- 同步传输：在同步传输的模式下，数据的传送是以一个数据区块为单位
- 异步传输：异步传输将比特分成小组进行传送，发送方可以在任何时刻发送这些比特组，而接收方不知道它们会在什么时候到达
数据传输速率的二种表示方法
- 码元传输速率：表示单位时间内数字通信系统所传输的码元个数，单位是波特B，只与码元长度T有关
- 信息传输速率：表示单位时间内数字通信系统传输的二进制码元个数
其他数据表示方式
- 码元：指用一个固定时长的信号波形，代表不同离散数值的基本波形，是数字通信中数字信号的计量单位，这个时长内的信号称为k进制码元，而该时长称为码元宽度
- 带宽，在模拟信号系统中，高频与低频的差值就代表了系统的通频带宽，单位为赫兹Hz
三、奈氏准则和香农定理
失真影响因素
- 码元传输速率
- 信号传输距离
- 噪声干扰
- 传输媒体质量
信道带宽是信道能通过的最高频率和最低频率之差。
码间串扰是指接收端收到的信号波形失去了码元之间清晰界限的现象。
奈氏准则：在理想低通（无噪声，带宽受限）条件下，为了避免码间串扰，极限码元传输速率为2WBaud,W是信道带宽，单位是Hz。
- 在任何信道中，码元传输的速率是有上限的。若传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰问题，使接收端对码元的完全正确识别成为不可能
- 信道的频带越宽，就可以用更高的速率进行码元的有效传输
- 奈氏准则给出了码元传输速率的限制，但没有对信息传输速率给出限制
- 由于码元的传输速率受奈氏准则的制约，所以要提高数据的传输速率，就必须设法使每个码元能携带更多个比特的信息量，这就需要采用多元制的调制方法
信噪比：信号的平均功率/噪声的平均功率，常记为S/N，并用分贝(dB)作为度量单位，dB=10log10(S/N)
香农定理：在带宽受限且有噪声的信道中，为了不产生误差，信息的数据传输速率有上限值，信道的极限数据传输速率=Wlog2(1+S/N),单位b/s
- 信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高
- 对一定的传输带宽和一定的信噪比，信息传输速率的上限就确定了
- 只要信息的传输速率低于信道的极限传输速率，就一定能找到某种方法来实现无差错的传输
- 香农定理得出的是极限信息传输速率，实际信道能达到的传输速率要比它低不少
四、物理层设备
1·中继器
诞生原因：由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成信号失真，因此会导致接受错误
中继器的功能：对信号进行再生和还原，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同，以增加信号传输的距离，延长网络的长度
中继器的两端：两端的网络部分时网段，而不是子网，适用于完全相同的两类网络的互联，且两个网段速率要相同。中继器只将任何电缆段上的数据发送到另一段电缆上，它仅作用于信号的电气部分，并不管数据中是否有错误数据或不适用于网段的数据。两端可以连相同媒体，也可以连不同媒体。中继器两端的网段一定要是同一个协议。
2·集线器（多口中继器）
集线器的功能：对信号进行再生放大转发，对衰减的信息进行放大，接着转发到其他所有（除输入端口外）处于工作状态的端口上，以增加信号传输的距离，延长网络的长度。不具备信号的定向传送能力，是一个共享式设备